JPH04161830A - ロータリーエンコーダの回転軸振れの評価方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［！業上の利用分野］ 、：：ノ発明はロータリーエンコーダの回転軸振れの非
周期成分を検出することによりロータリーエンコーダの
回転軸振れの評価を行なう方法に関する。

［従来の技術］ ロータリーエンコーダは一般に回転駆動源（モータ等）
や被回転体に接続され、ロータリーエンコーダで発生す
るパルスを利用して回転位置（角度）の検出や回転速度
の検出を行なうものである。

従来の光学式ロータリーエンコーダは、一般にボールベ
アリング等の軸受で支持された回転軸にスリット板が固
定され、このスリット板を挟む位置に設けられた投光用
光源の光を受光センサで受けるようになフている。この
スリット板には分割パターンが刻まれており、回転軸を
回転させると、この分割パターンに対応したパルス列が
受光センサから出力され、このパルス列を用いて回転軸
の回転角度や回転速度の検出を行なう。

ところで、前述のようにロータリーエンコーダの回転軸
はボールベアリング等の軸受で支持されているため、回
転中の回転軸には周期的な振れと、それ以外に軸受の精
度等により発生する非周期的な振れとが存在する。

又、これらの回転軸の軸振れは、ロータリーエンコーダ
が同種同型であっても、軸受精度のばらつきや組立精度
のばらつきがあるので、各ロータリーエンコーダを同−
状態に取り付けてもそれぞれの軸振れは異なっている。

従って、前述の回転軸の回転角度や回転速度を高精度に
検出するためには、個々のロータリーエンコーダを取り
付けた状態で、それぞれの回転軸の軸振れを評価するこ
とが重要となる。

従来のロータリーエンコーダの回転軸振れを評価する方
法としては、例えば回転軸に非接触変位センサ（静電容
量式又は渦を漬式センサ等）を付設して直接軸振れを測
定するものがある。

［発明が解決しようとする！ｌＩｊ！１］しかし、非接
触変位センサを用いて直接軸振れを測定し非周期成分ま
で抽出するためには、この非周期成分の振れが周期成分
の振れに比べごく微小なものであるので、高精度かつ高
価なセンサが必要になる。又、回転軸の各回転位置で非
周期成分を分離して抽出するためには、この非接触セン
サを各回転位置に高精度に取り付けねばならず、大変に
手間がかかる。

この発明は、かかる欠点を解決するもので、その目的は
、回転軸振れの非周期成分をロータリーエンコーダ各相
の特定パルス間の発生タイミングの時間差の各回転毎の
変動量を検出することで、特別なセンサを用いることな
く、ロータリーエンコーダの回転軸振れの高精度な評価
を容易に行なうことができるロータリーエンコーダの回
転軸振れの評価方法を提供することにある。

［ｔ！ＩＰｉを解決するための手段］ 前記課題を解決するため、この発明のロータリーエンコ
ーダの回転軸振れを評価する方法は、多相出力を有する
ロータリーエンコーダの回転により発生する各相のパル
ス列の内、前記ロータリーエンコーダの回転軸の所定の
回転位置に対応して発生する各相の特定パルス間の発生
タイミングを各回転毎に検出し、この発生タイミングの
時間差の各回転毎の変動量を検出することにより、前記
ロータリーエンコーダの回転軸振れの非周期成分の大小
を評価することを特徴としている。

［作用］ この発明のロータリーエンコーダの回転軸振れを評価す
る方法では、多相出力を有するロータリーエンコーダの
発生する各相のパルス列の内、所定の回転位置に対応し
て発生する特定パルス間の発生タイミングを検出する。

この発生タイミングの時間差を各回転毎に検圧し、その
変動量を検出することにより、ロータリーエンコーダの
回転軸振れの非周期成分の大小を評価する。

［実施例］ 以下、この発明の一実施例を図面により説明する。

′！Ｊ１図はこの発明が通用される光学式ロータリーエ
ンコーダの構造を示す概略図、第２図は光学式ロータリ
ーエンコーダの出力状態を示す図である。

ロータリーエンコーダの構造は、本体１に回転軸２がボ
ールベアリング等の軸受３で支持され、この回転軸２に
回転スリット板４が固定して取り付けられている。この
回転スリット板４にはパターンが刻まれており、この回
転スリット板４に対向して設けられている投光用光源５
の光を受けてパターンに対応した光を透過する。この回
転スリット板４の投光用光源５の反対側には、多相列の
スリット６８〜６Ｃを穿設している固定スリット板６が
固設されており、更にこのスリット６８〜６ｃに対応し
て受光センサ７ａ〜フＣが配設されている。

回転中の回転スリット板４を透過した光は、固定スリッ
ト板６の各相のスリット６ａ〜６Ｃを通過し、各相毎の
パターンの光を受光センサ７ａ〜フＣで検出し、これに
より、各相に対応したパルス列が受光センサ７ａ〜７ｃ
から出力される。このパルス列を用いて、回転軸２の回
転角度や回転速度の検出を行なうと共に、評価回路８で
ロータリーエンコーダの回転軸振れの評価を行なう。

第２図に示すように、受光センサフａからＺ相パルスが
、受光センサ７ｂからＡ相パルスが、受光センサ７ｃか
らＢ相パルスが出力される。この多相出力を有するロー
タリーエンコーダの回転により発生する２相パルスが回
転同期信号として用いられ、Ａ相パルス、Ｂ相パルス列
の内、ロータリーエンコーダの回転軸２の所定の回転位
置に対応して発生する各相の特定パルス間の発生タイミ
ングを各回転毎に検出し、この発生タイミングの各回転
毎の時間差△ｘｉ、△ｘ２．Δｘ３・・・を検出し、こ
れらの変動量（△ｘｍａｘ　−Δｘｍｉｎ）を検出して
、ロータリーエンコーダの回転軸振れの非周期成分の大
小を評価する。

第３図乃至′Ｍ９図はこのロータリーエンコーダの回転
軸振れの評価方法の原理を示す原理図であり、′Ｍ３図
及び第４図は回転軸の振れが全くない場合であり、第５
図及び第６図は回転軸に周期的な振れがあった場合、第
７図及び第８図は回転軸に非周期的な振れがあつた場合
である。

′ｓ３図、第５図及び第７図において、符号Ｃは回転軸
に振れがない場合のロータリーエンコーダの回転軸２の
回転中心点を示している。これに対して、第５図におけ
る符号りは回転軸２に周期的な振れが生じた時の同回転
中心点を示しており、第７図における符号Ｅは非周期的
な振れが生じた時の同回転中心点を示している。

この原理図は、三相の出力を有するロータリーエンコー
ダで、前記したように回転中心の内側から２相、Ｂ相、
Ａ相のスリットパターンをもつ回転スリット板４を有し
ている。これら各相のスリットパターンに投光用光源５
が発する光を通過させ、更に各相に対応して穿設されて
いる固定スリット板６の各スリット６８〜６Ｃを通過さ
せる。この光を各相に対応する受光センサフａ〜７Ｃが
検知して各相に応じたパルス列を出力するものであり、
各受光センサフａ〜フＣはラインＣＦ上にある。

第３図のように回転軸に振れが全くない場合には、回転
中心は点Ｃにあり、Ｚ相、Ｂ相、Ａ相とも受光センサフ
ａ〜フＣと各相のスリットパターンの相対的位置関係は
当然変動していない、従って、各相の出力パルスも相対
的な時間の変動は生じない、この時のＡ相及びＢ相の所
定の回転位置における特定パルス間の発生タイミングを
第４図を用いて説明する。′！Ｊ４図において人相の特
定パルスの立ち上がり（ａ）から、これに対応するＢ相
の特定パルスの立ち上がり（ｂ）に要する時間Ｔ＋＋−
Ｔｎは、回転軸に軸振れがない場合には常に一定である
。

又、第５図のように回転軸に周期的な振れがある場合に
は、回転中心は点Ｃから周期的に点りに移動する。この
場合にありても、受光センサ７ａ〜７ｃはラインＣＦ上
にあるため、本来受光センサフａ〜フＣが検知すべき所
定の回転位置、即ちラインＤＧ上からズした位置で、そ
れぞれ各相のスリットパターンを検出することになる０
例えば′！ｊＳＳ図においてＡ相のスリットパターンは
角度θ＾分だけ、またＢ相のスリットパターンは角度θ
Ｂ分だけ、距離的にも時間的にも所定の回転位置に達す
る前に検知されることになる。又、この時Ａ相の受光セ
ンサフＣ及びＢ相の受光センサ７ｂがそれぞれのスリッ
トパターンを受光するタイミングは相対的に角度θＩＮ
θＢ−θ＾分だけズレることになる。即ち回転軸に周期
的な振れがある場合には、受光センサフａ〜７Ｃと各相
のスリットパターンの相対的位置関係は振れがない場合
に比べて周期的に変動することになり、各相の出力パル
スも周期的に相対的な時間の変動が生ずることになる。

この時のＡ相及びＢ相の特定パルス間の発生タイミング
は、回転軸に軸振れがない場合に比べ、３４６図に示す
ようにＡ相の特定パルスの立ち上がり（Ｃ）からこれに
対応するＢ相の特定パルスの立ち上がり（ｄ）に要する
時間Ｔが前記角度０１分に相当する時間ΔＴ１だけズレ
ることになる。

即ちＴｍＴｎ−ΔＴ１となる。しかし、この回転軸の軸
振れは周期的なものであるため、何回転してもＣＤ−一
定でありΔＴ１も常に一定となる。

ところが、第７図のように回転軸に非周期的な振れがあ
る場合には、回転中心は点Ｃから非周期的に点Ｅに移動
する。この場合にあっても前述の周期的な振れがある場
合と同様に、Ａ相の受光センサ７Ｃ及びＢ相の受光セン
サ７ｂがそれぞれのスリットパターンを受光するタイミ
ングは相対的に角度０２分だけズレることになる。

この時のＡ相及びＢ相の特定パルス間の発生タイミング
は、回転軸に軸振れがない場合に比べ、第８図に示すよ
うにＡ相の特定パルスの立ち上がり（ｅ）からこれに対
応するＢ相の特定パルスの立ち上がり（ｆ）に要する時
間Ｔが前記角度０２分に相当する時間ΔＴ２だけズレる
ことになる。

即ちＴｍＴｎ−ΔＴ２となる。ところが、この回転軸の
軸振れは非周期的なものであるため回転する毎にＣＥ間
の距離や、ＣからみたＥの方向が変わり、ΔＴ２もその
都度変わる。従ってＴも変動することになる０回転軸振
れの非周期成分の大小は、このＴを継続して測定し、そ
の時間差△ｘ１．△ｘ２．△ｘ３・・を検出し、これら
の変動量（△ｘ　ｗａｘ−△ｘｍｊｎ　）を検出するこ
とで評価される。

第９図に基づき、この特定パルス間の発生タイミングの
時間差の変動量を説明する。第９図においてＡ相の特定
パルスの立ち上がり（ｇ）に対し、これに対応するＢ相
の特定パルスが最短時間ＴｘＴｍｉｎで立ち上がる場合
（ｈ）と、最長時間Ｔ　ｗ　Ｔ　ｗａｘで立ち上がる場
合（ｉ）とを求め、この’ＭｘｚＴ＠ａｘ−Ｔａｉｎを
求める。この差Ｘが回転軸振れの非周期成分に対応する
もので、この大小を所定の回転位置毎に評価することで
ロータリーエンコーダの回転軸振れを評価する。

なお、この実施例ではロータリエンコーダが有する２相
、Ｂ相、Ａ相の各パルスをそれぞれ各相に対応する１組
の受光センサフａ〜７Ｃから出力して回転軸振れの非周
期成分を評価しているが、これを２組の受光センサを用
いて行なうこともでき、その場合にはより高精度に非周
期成分を求めることができる。

２組の受光センサを用いる場合のロータリーエンコーダ
の回転軸振れの評価方法の原理を示す原理図を第１０図
に示す、第１０図において１組の受光センサ７ａ〜７Ｃ
は上記のケースと同様にラインＣＦ上にあり、他の１組
の受光センサ８ａ〜８ＣはラインＣＦと交わるラインＣ
Ｉ上にある。

この他の１組の各受光センサ８ａ〜８Ｃもそれぞれ２相
、Ｂ相、Ａ相に対応する各相パルス列を出力するもので
ある。

第１０図のように回転軸２に非周期的な振れがあった場
合で、回転軸２の回転中心がＥに移動じた時、受光セン
サ７ａ〜フＣはラインＣＦ上に、又受光センサ８ａ〜８
ＣはラインＣＩ上にあるため、本来それぞれの受光セン
サが検知すべき所定の回転位置、即ち受光センサ７ａ〜
フＣにあってはラインＥＨ上又受光センサ８ａ〜８ｃに
あってはラインＥＪ上からズした位置でそれぞれ各相の
スリットパターンを検出することになる。なお、回転中
心のＣからＥへの移動は実際上は微小であるため、Ｅ点
に移動しても各受光センサ７ａ〜７１ｃ、８ａ〜８Ｃは
各相スリットパターンを検出することになる。

このため、受光センサ７ｂ及び７ｃでは前述したように
、Ａ相スリットパターン及びＢ相スリットパターンをそ
れぞれ角度θ＾分及び角度θＢ分だけ、距離的にも時間
的にも所定の回転位置に違する前に検知し、更にこれら
各相のスリットパターンを受光するタイミングは相対的
に角度θ２＝θＢ−〇＾分だけズレることになる。従っ
てＡ相及びＢ相の特定パルス間の発生タイミングは、前
記角度０２分に相当する時間ΔＴ２だけズレることにな
る。

これと同様に受光センサ８ｂ及び８ＣでもＡ相スリット
パターン及びＢ相スリットパターンをそれぞれ角度θ＾
ｌ　分及び角度θＢｌ　　分だけ、距離的にも時間的に
も所定の回転位置より遅れて検知することになり、これ
ら各相のスリットパターンを受光するタイミングも相対
的に角度θ３＝θＢ１−θ＾１　分だけズレることにな
る。又Ａ相及びＢ相の特定パルス間の発生タイミングも
、前記角度０３分に相当する時間ΔＴ３だけズレること
になる。

このようにＡ相及びＢ相の特定パルス間の発生タイミン
グを２組の受光センサを用いてそれぞれ別々に計測する
と、発生タイミングの時間的ズレΔＴ２．ΔＴ３から逆
に上記の角度６２．θ３を求めることができる。従って
回転軸２の軸振れ方向を特定することができ、二次元的
な軸振れに対しても高精度に非周期成分を計測し評価す
ることができる。

［発明の効果コ 以上のように、この発明は、多相出力を有するロータリ
ーエンコーダの回転軸振れの非周期成分を、各相の特定
パルス間の発生タイミングの時間差の各回転毎の変動量
を検出することで検出し、特別なセンサを用いることな
く、ロータリーエンコーダの回転軸振れの高精度な評価
を容易に行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

３４１図はこの発明が適用される光学式ロータリーエン
コーダの構造を示す概略図、第２図は光学式ロータリー
エンコーダの出力状態を示す図、第３図及び第９図はこ
のロータリーエンコーダの回転軸振れの評価方法の原理
を示す原理図で、第３図及び第４図は回転軸の振れが全
くない場合を示し、第５図及び３４６図は回転軸に周期
的な振れがあった場合を示し、第７図及び第８図は回転
軸に非周期的な振れがあった場合を示し、第９図は特定
パルス間の発生タイミングの時間差の変動量を説明する
説明図、第１０図は２組の受光センサを用いる場合のロ
ータリーエンコーダの回転軸振れの評価方法の原理を示
す原理図である。 図中符号２は回転軸、４は回転スリット板、５は投光用
光源、６は固定スリット板、７ａ〜７Ｃは受光センサで
ある。 第１図 第３図 第４図 第５図 第６図 第７図 第８図 第９図 第１θ図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 多相出力を有するロータリーエンコーダの回転により発
   生する各相のパルス列の内、前記ロータリーエンコーダ
   の回転軸の所定の回転位置に対応して発生する各相の特
   定パルス間の発生タイミングを各回転毎に検出し、この
   発生タイミングの時間差の各回転毎の変動量を検出する
   ことにより、前記ロータリーエンコーダの回転軸振れの
   非周期成分の大小を評価することを特徴とするロータリ
   ーエンコーダの回転軸振れの評価方法。